KR102637860B1 - 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈 - Google Patents

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KR102637860B1
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Abstract

회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈이 개시된다. 폴디드 카메라 모듈은, 빛의 진행 방향을 입사 광축 방향에서 렌즈 광축 방향으로 변경시키는 프리즘 유닛; 상기 프리즘에 의해 진행 방향이 변경된 빛이 입사되도록 렌즈 광축 방향으로 배치된 렌즈 유닛; 및 상기 렌즈 유닛에서 출사된 광을 검출하는 이미지 센서를 포함한다.

Description

회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈{Folded camera module with rotating prism}
본 발명은 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰, 태블릿, 랩톱 등과 같은 휴대형 장치에는 스틸 및/또는 비디오 이미지들을 캡쳐하기 위해 하나 이상의 카메라 장치가 구비된다. 이러한 카메라 장치는 통상 화상을 확대할 수 있는 줌(zoom) 기능을 갖는다.
줌은 그 방식에 따라 크게 디지털식 줌과 광학식 줌으로 나뉠 수 있다. 여기서, 디지털식 줌은 렌즈의 이동 없이 소프트웨어를 이용하여 화면을 확대하는 기술이다. 디지털식 줌을 이용하여 확대할 경우, 실제 촬영된 피사체의 이미지를 확대하는 것이므로, 화질이 손상될 수 있다.
한편, 광학식 줌은 액추에이터 등을 이용하여 렌즈를 이동시켜 카메라 렌즈의 초점 거리를 조절하는 기술이다. 광학식 줌은 빛의 굴절도를 변화시켜 피사체를 크게 인식하는 기술이므로, 해상도가 허용되는 범위 내에서 화질은 손상되지 않는다.
스마트폰과 같은 휴대형 장치는 얇은 두께로 인하여 두께 방향으로 렌즈를 이동시키기 어려워 디지털 줌 기능이 주로 탑재되고 있었다.
그러나, 최근에는 휴대형 장치의 얇은 두께의 제약을 해결하고 광학식 줌 기능 구현이 가능하도록 하기 위해, 폴디드(folded) 카메라 모듈이 휴대형 장치에 탑재되고 있다.
도 1에는 일반적인 폴디드 카메라 모듈의 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 폴디드 카메라 모듈은 프리즘(110), 렌즈를 이동시키는 액츄에이터가 구비된 렌즈 유닛(120) 및 이미지 센서(130)를 포함한다.
폴디드 카메라 모듈에서, 제1 방향(즉, 입사 광축 방향)으로 유입되는 빛은 프리즘(110)으로 입사되어, 제2 방향(즉, 렌즈 광축 방향)으로 전환되고, 렌즈 유닛(120)으로 유입되어 이미지 센서(130)에 도달된다.
렌즈 유닛(120)에는 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있고, 렌즈는 오토 포커스(Auto focus) 또는 광학 이미지 안정화(Optical Image Stabilizer, OIS) 목적으로 이동될 수 있다.
이와 같이, 폴디드 카메라 모듈은 프리즘(110)과 같은 방향 전환 요소를 구비하여 피사체로부터 휴대형 장치에 수직하게 입사되는 빛의 경로를 휴대형 장치에 평행하게 전환시킬 수 있다. 이로 인해, 렌즈를 이동시킬 수 있는 공간이 확보되도록 렌즈 어셈블리를 휴대형 장치의 폭 방향으로 배치할 수 있어, 광학식 줌 기능의 수행이 가능해지게 된다.
그러나, 폴디드 카메라 모듈은 프리즘의 설치 자세 및 움직임 범위가 제한되어 휴대형 장치의 어느 한쪽 면 방향에서만 제한적으로 촬영 가능한 한계가 있다.
따라서, 휴대형 장치의 양쪽 방향 모두에 대해 광학식 줌 기능을 구현하기 위해서는, 각 촬영 방향에 대응되도록 다수개의 폴디드 카메라 모듈이 구비되어야 하며, 이로 인해 많은 설치 공간이 요구되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2021-0035516호
본 발명은 휴대형 장치의 양쪽면 방향을 각각 촬영할 때 하나의 폴디드 카메라 모듈이 공유되도록 함으로써, 휴대형 장치에 요구되는 카메라 모듈의 수량 및 점유 공간의 크기를 현저히 감소시킬 수 있는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 셀피 모드(즉, 디스플레이 장착 방향을 촬영하는 전면 방향 촬영 모드)와 메인 모드(즉, 디스플레이 장착 방향의 반대 방향을 촬영하는 후면 방향 촬영 모드)에서 서로 다른 화각(angle of view) 및 조리개 값(F-number)이 적용될 수 있도록 하여, 사용자가 선택한 촬영 모드에 부합하는 영상 촬영이 가능해질 수 있는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 프리즘을 이용하여 광축이 변경되는 폴디드 구조를 통해 얇은 두께를 가지는 휴대형 장치에서도 충분한 길이의 광경로를 확보할 수 있어, 기존의 디지털 줌과 대비하여 상대적으로 먼 거리의 피사체를 선명하게 촬영할 수 있는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 렌즈 유닛이 독립적으로 모듈화된 렌즈 모듈들의 조립에 의해 구성될 수 있어, 각 렌즈 모듈의 개별 제작 및 호환성 확보를 통해 생산성이 향상되고, 렌즈 모듈들의 다양한 조합을 통해 다양한 배율을 가지는 카메라 장치의 제작이 가능해지는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 빛의 진행 방향을 입사 광축 방향에서 렌즈 광축 방향으로 변경시키는 프리즘 유닛; 상기 프리즘에 의해 진행 방향이 변경된 빛이 입사되도록 렌즈 광축 방향으로 배치된 렌즈 유닛; 및 상기 렌즈 유닛에서 출사된 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 프리즘 유닛은 유입되는 빛의 진행 방향을 변경시키는 프리즘을 포함하고, 상기 프리즘은 제1 방향과 상기 제1 방향의 역방향인 제2 방향 중 선택된 어느 하나의 방향에서 유입되는 빛의 진행 방향을 변경하여 상기 렌즈 유닛에 입사시키기 위해, 90도 회전 조작되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈이 제공된다.
상기 프리즘 유닛은, 상기 프리즘을 고정하는 프리즘 홀더; 상기 프리즘 홀더에 고정 결합된 회전 축을 개재하여 상기 프리즘 홀더의 바깥쪽을 감싸도록 배치되는 프리즘 베이스; 및 상기 회전 축을 회전 중심으로 하여 상기 프리즘 홀더를 상기 프리즘 베이스에 대해 상대적으로 회전시키는 크랭크 유닛을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 크랭크 유닛은, 크랭크 암을 포함하는 크랭크 축 형상으로 형성된 상기 회전 축; 마그네트를 고정하는 마그네트 고정부; 상기 마그네트 고정부와 상기 회전 축의 상기 크랭크 암을 연결하는 연결 바; 및 상기 마그네트 고정부가 슬라이딩 이동 가능하도록 체결되어, 상기 마그네트 고정부의 이동 경로를 제공하는 크랭크 가이드를 포함하되, 상기 마그네트에 대향하도록 코일이 상기 프리즘 베이스의 내측면에 고정되고, 전류가 흐르는 상기 코일과 상기 마그네트의 전자기적 상호 작용에 의해 상기 마그네트 고정부는 상기 코일에 접근하거나 멀어지도록 직선 이동되며, 상기 마그네트 고정부의 직선 이동에 상응하도록 상기 연결 바에 의해 연결된 상기 크랭크 암이 구비된 상기 회전 축이 상응하는 방향으로 회전되어, 상기 회전 축에 결합된 상기 프리즘 홀더가 회전될 수 있다.
상기 마그네트는 N극과 S극인 2개의 극성 중 어느 하나만이 외부로 노출되는 자세로 상기 마그네트 고정부에 고정될 수 있다.
상기 연결 바는 상기 마그네트 고정부 및 상기 크랭크 암 각각과 힌지 결합되되, 상기 연결 바는 상기 회전 축의 회전 중심에 대해 편심된 위치에서 상기 크랭크 암에 힌지 결합될 수 있다.
상기 크랭크 가이드는 상기 프리즘 베이스의 내측면에 고정될 수 있다.
상기 크랭크 유닛이 상기 프리즘 홀더를 90도 회전 조작시키기 위해, 상기 마그네트 고정부가 이동되어야 하는 직선 이동 길이를 가지는 이동 경로가 상기 크랭크 가이드에 형성될 수 있다.
또는, 상기 회전 축 및 상기 프리즘 베이스에는 상기 프리즘 홀더의 회전 각도를 90도로 한정하기 위해 서로 대응되는 스토퍼가 형성될 수도 있다.
상기 코일에 흐르는 전류의 방향을 가변시키는 조작에 의해, 상기 프리즘은 제1 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전되거나 제2 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전될 수 있다.
상기 렌즈 유닛은 각각 독립적으로 제작된 다수 개의 렌즈 모듈이 상기 렌즈 광축 방향으로 서로 체결되어 형성되고, 가장 앞쪽에 위치한 렌즈 모듈이 상기 프리즘 유닛과 결합되고, 가장 뒤쪽에 위치한 렌즈 모듈이 이미지 센서와 결합될 수 있다.
상기 렌즈 유닛을 구성하는 다수 개의 렌즈 모듈 중 어느 하나에 광량을 조절하는 가변 조리개가 구비될 수도 잇다.
상기 가변 조리개는 상기 프리즘의 회전에 따른 상기 제1 방향의 촬영과 상기 제2 방향의 촬영시에 각각 상이한 조리개 직경을 가지도록 제어될 수 있다.
상기 폴디드 카메라 모듈이 장착된 휴대형 장치의 몸체의 전면과 후면 각각에는 90도 회전 조작되는 프리즘의 위치에 대응하도록 광 입사구가 형성될 수 있다.
상기 폴디드 카메라 모듈을 이용하여 상기 휴대형 장치의 전면 방향 및 후면 방향에 대한 촬영시 화각이 서로 상이하게 적용되도록 하기 위해, 상기 전면의 광 입사구에는 릴레이 렌즈가 고정 장착될 수 있다.
상기 전면의 광 입사구에서 상기 릴레이 렌즈는 전면 커버 글라스를 대체하도록 장착될 수도 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 휴대형 장치의 양쪽면 방향을 각각 촬영할 때 하나의 폴디드 카메라 모듈이 공유되도록 함으로써, 휴대형 장치에 요구되는 카메라 모듈의 수량 및 점유 공간의 크기를 현저히 감소시키는 효과가 있다.
또한, 셀피 모드(즉, 디스플레이 장착 방향을 촬영하는 전면 방향 촬영 모드)와 메인 모드(즉, 디스플레이 장착 방향의 반대 방향을 촬영하는 후면 방향 촬영 모드)에서 서로 다른 화각 및 조리개 값이 적용될 수 있도록 하여, 사용자가 선택한 촬영 모드에 부합하는 영상 촬영이 가능해지는 효과도 있다.
또한, 프리즘을 이용하여 광축이 변경되는 폴디드 구조를 통해 얇은 두께를 가지는 휴대형 장치에서도 충분한 길이의 광경로를 확보할 수 있어, 기존의 디지털 줌과 대비하여 상대적으로 먼 거리의 피사체를 선명하게 촬영할 수 있는 효과도 있다.
또한, 렌즈 유닛이 독립적으로 모듈화된 렌즈 모듈들의 조립에 의해 구성될 수 있어, 각 렌즈 모듈의 개별 제작 및 호환성 확보를 통해 생산성이 향상되고, 렌즈 모듈들의 다양한 조합을 통해 다양한 배율을 가지는 카메라 장치의 제작이 가능해지는 효과도 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 폴디드 카메라 모듈의 구성을 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 유닛을 개략적으로 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘의 회전 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 회전에 따른 폴디드 카메라 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴디드 카메라 모듈의 구성을 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 조리개의 배치 형태를 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 장치 내의 폴디드 카메라 모듈 설치 구조를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 렌즈의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 셀피 모드 동작을 위한 커버 글라스와 릴레이 렌즈의 배치 형태를 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 유닛을 개략적으로 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘의 회전 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 회전에 따른 폴디드 카메라 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴디드 카메라 모듈의 구성을 예시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 조리개의 배치 형태를 예시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대형 장치 내의 폴디드 카메라 모듈 설치 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 렌즈의 기능을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 셀피 모드 동작을 위한 커버 글라스와 릴레이 렌즈의 배치 형태를 예시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 폴디드 카메라 모듈(500)의 프리즘 유닛(210)은 프리즘(110), 프리즘 홀더(211), 마그네트(215), 코일(217), 프리즘 베이스(219) 및 크랭크 유닛(310)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 코일(217)에 전기적으로 연결되는 기판을 더 포함할 수도 있다.
프리즘(110)은 빛 반사가 가능한 경사면을 가지고 있어, 입사면을 통해 제1 방향(즉, 입사 광축 방향)으로 유입되는 빛은 반사되어 제2 방향(즉, 렌즈 광축 방향)으로 전환되고 출사면을 통해 출사된다(도 5 참조). 빛 반사가 가능한 경사면은 예를 들어 45도 경사각을 가질 수 있다.
프리즘(110)은 프리즘 홀더(211)에 의해 고정되고, 프리즘 홀더(211)는 회전 축(213)을 개재하여 프리즘 베이스(219)에 회전 가능하게 결합된다.
여기서, 프리즘(110)의 OIS Y(광학 이미지 안정화 Y) 구동이 가능해질 수 있도록, 프리즘 홀더(211)와 프리즘 베이스(219) 사이에는 예를 들어 프리즘 볼 가이드(도시되지 않음)가 배치되어, 프리즘 홀더(211)가 볼 가이드를 중심으로 Y축으로 틸팅되도록 구성될 수도 있다. 이를 위해, 도시되지는 않았으나, OIS Y 구동을 위한 마그네트, 코일, 요크, FPCB 등이 구비될 수 있다.
프리즘(110)과 프리즘 홀더(211)가 회전되도록 하는 크랭크 유닛(310)은 회전 축(213), 연결 바(214), 크랭크 가이드(216), 마그네트 고정부(312) 및 크랭크 암(314)를 포함할 수 있다. 도 2에는 크랭크 유닛(310)이 프리즘 홀더(211)를 기준하여 일측에만 배치되는 것으로 도시되었으나, 프리즘 홀더(211)의 효과적인 회전 조작을 위해 크랭크 유닛(310)이 프리즘 홀더(211)의 양측에 각각 배치될 수도 있음은 당연하다.
프리즘 홀더(211)는 회전 축(213)을 개재하여 프리즘 베이스(219)에 회전 가능하도록 체결된다. 여기서, 회전 축(213)은 프리즘(110)이 고정된 프리즘 홀더(211)의 회전 중심으로 기능하되, 연결 바(214)의 왕복 운동이 프리즘 홀더(211)를 회전시키기 위한 회전력으로 전환될 수 있도록 크랭크 암(314)을 포함하는 크랭크 축(crank shaft)의 형상으로 형성된다. 회전 축(213)의 회전 중심으로부터 편심되도록 위치된 크랭크 암(314)의 단부측에는 연결 바(214)의 일측 단부가 힌지 결합된다.
연결 바(214)의 타측 단부는 마그네트 고정부(312)의 후면(後面)에 체결된다. 마그네트 고정부(312)의 후면에는 연결 바(214)의 타측 단부가 힌지 결합되기 위한 체결부가 형성될 수 있다.
마그네트 고정부(312)의 전면(前面)에는 마그네트(215)가 고정된다. 여기서, 마그네트(215)는 예를 들어 평판(flat plate) 형상을 갖는 평판 마그네트일 수 있고, N극과 S극인 2개의 극성 중 어느 하나만이 외부로 노출되는 자세로 마그네트 고정부(312)에 고정될 수 있다. 마그네트 고정부(312)는 마그네트(215)의 자력에 의한 영향을 최소화하기 위해 비자성 재질로 형성될 수 있다.
마그네트(215)가 고정된 마그네트 고정부(312)의 이동 방향과 이동 거리가 한정될 수 있도록(도 4 참조), 마그네트 고정부(312)는 크랭크 가이드(216)에 체결된다.
앙페르 법칙 혹은 솔레노이드 법칙에 따라 전류가 흐르는 코일(217)과 마그네트(215) 사이에 발생되는 인력 또는 척력에 의해, 마그네트(215)가 고정된 마그네트 고정부(312)가 코일(217)에 접근하거나 멀어지는 방향으로 안정적으로 직선 이동될 수 있도록, 마그네트 고정부(312)가 체결되는 크랭크 가이드(216)는 프리즘 베이스(219)의 내측면에 고정될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 크랭크 가이드(216)가 형성하는 이동 경로를 따라 마그네트 고정부(312)가 직선 이동되어 발생되는 힘은 연결 바(214)에 의해 크랭크 암(314)이 구비된 회전 축(213)에 회전력으로 전달되고, 전달된 회전력에 의한 회전 축(213)의 회전에 상응하여 프리즘 홀더(211)도 회전된다.
마그네트 고정부(312)를 직선 이동시키는 전자기적 상호 작용을 발생시키기 위해, 프리즘 홀더(211)의 바깥쪽에 이격하도록 위치되는 프리즘 베이스(219)의 내측면에는 마그네트(215)에 대향하도록 코일(217)이 고정 배치된다.
컨트롤러(도시되지 않음)는 마그네트(215)가 고정된 마그네트 고정부(312)가 코일(217)쪽으로 접근하거나 멀어지게 하는 전자기적 상호 작용이 발생되도록, 코일(217)에 대해 제1 방향 또는 제2 방향으로 전류가 인가되도록 제어할 수 있다.
도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 폴디드 카메라 모듈(500)의 동작 모드가 셀피 모드(즉, 디스플레이 장착 방향을 촬영하는 전면 방향 촬영 모드)에서 메인 모드(즉, 디스플레이 장착 방향의 반대 방향을 촬영하는 후면 방향 촬영 모드)로 전환되도록 하기 위해, 프리즘(110)과 프리즘 홀더(211)는 제1 회전 방향으로 회전 조작될 수 있다.
즉, 도 4의 (b1) 및 (b2)에 예시된 바와 같이, 컨트롤러는 코일(217)에 적절한 전류가 공급되도록 하여 코일(217)의 주변에 전자기장이 형성되도록 하고, 코일(217)과 마그네트(215)의 전자기적 상호 작용에 의해 마그네트 고정부(312)가 제1 방향(도 4의 경우, 멀어지는 방향)으로 직선 이동하도록 할 수 있다.
마그네트 고정부(312)가 코일(217)로부터 멀어지는 방향으로 이동되면, 마그네트 고정부(312)의 후면에 고정된 연결 바(214) 역시 코일(217)로부터 멀어지는 방향으로 이동된다. 이때, 연결 바(214)의 일측 단부에 힌지 결합된 크랭크 암(314)은 회전 축(213)을 회전 중심으로 하여 제1 회전 방향으로 회전되며, 크랭크 암(314)에 발생된 회전력으로 인해 회전 축(213)이 회전되고, 이에 상응하도록 회전 축(213)에 고정된 프리즘 홀더(211)도 제1 회전 방향으로 회전된다.
다른 경우로서, 폴디드 카메라 모듈(500)의 동작 모드가 메인 모드에서 셀피 모드로 전환되도록 하기 위해, 프리즘(110)과 프리즘 홀더(211)는 제1 회전 방향의 역방향인 제2 회전 방향으로 회전 조작될 수 있다.
이를 위해, 컨트롤러는 코일(217)에 메인 모드로 전환할 때와는 반대 방향의 전류가 흐르도록 제어할 수 있고, 코일(217)과 마그네트(215)의 전자기적 상호 작용에 의해 마그네트 고정부(312)가 제2 방향(도 4의 경우, 근접되는 방향)으로 직선 이동하도록 할 수 있다.
마그네트 고정부(312)가 코일(217)에 근접하는 방향으로 이동되면, 마그네트 고정부(312)의 후면에 고정된 연결 바(214) 역시 코일(217)을 향해 당겨지는 방향으로 이동된다. 이때, 연결 바(214)의 일측 단부에 힌지 결합된 크랭크 암(314)은 회전 축(213)을 회전 중심으로 하여 제2 회전 방향으로 회전되며, 크랭크 암(314)에 발생된 회전력으로 인해 회전 축(213)이 회전되고, 이에 상응하도록 회전 축(213)에 고정된 프리즘 홀더(211)도 제2 회전 방향으로 회전된다.
폴디드 카메라 모듈(500)이 셀피 모드 또는 메인 모드로 동작하도록 하기 위해, 프리즘 홀더(211)의 회전 각도는 90도로 한정될 수 있다.
이를 위해, 크랭크 암(314)이 구비된 회전 축(213)이 90도 회전되는 이동 거리만큼 마그네트 고정부(312)가 직선 이동되도록, 크랭크 가이드(216)에 마그네트 고정부(312)의 이동 경로가 형성될 수 있다. 또는, 회전 축(213)의 회전 각도를 90도로 한정하기 위해 회전 축(213)와 프리즘 베이스(219)에는 서로 대응되는 스토퍼(도시되지 않음)가 형성될 수도 있다.
도 6에 예시된 바와 같이, 회전 축(213)을 개재하여 프리즘 홀더(211)를 바깥쪽에서 지지하는 프리즘 베이스(219)는 셀피 모드 또는 메인 모드의 동작을 위해 회전된 상태의 프리즘(110)에 빛이 유입될 수 있도록, 프리즘(110)에 대응되는 위치들 각각이 광 입사구로 개방되도록 형성된다.
또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폴디드 카메라 모듈(500)은 프리즘 유닛(210)과 렌즈 모듈(520, 530, 540)들 각각은 독립된 형태로 개별 제작되고, 서로 조립되어 렌즈 유닛(120) 및 폴디드 카메라 모듈(500)을 형성하는 모듈 조립형 구조를 가질 수 있다.
모듈 조립형의 폴디드 카메라 모듈(500)에서, 예를 들어 프리즘 유닛(210)은 OIS(Optical Image Stabilizer) Y 구동이 가능하도록 구현될 수 있고, 렌즈 유닛(120)은 다수 개의 렌즈 모듈이 조립되어 형성될 수 있다.
렌즈 유닛(120)의 제1 렌즈 모듈(520)은 AF(Auto Focus) 및 OIS X 구동이 가능하도록 구현되어 프리즘 유닛(210)에 인접되도록 결합될 수 있고, 하나 이상의 렌즈가 삽입된 제2 렌즈 모듈(530)과 제3 렌즈 모듈(540)이 후속하여 순차적으로 결합될 수 있다. 또한, 렌즈 유닛(120)은 제4 렌즈 모듈, 제5 렌즈 모듈 등이 더 결합되어 구성될 수도 있다. 도시되지는 않았으나, 렌즈 유닛(120)의 후단에 이미지 센서(130)가 결합될 수 있다(도 1 참조).
제1 렌즈 모듈(520)에 구비된 OIS 렌즈 배럴이 광축 방향으로 전후진 이동하거나, 광축에 수직하게 움직이도록 제어되어 AF(Auto Focus) 및 OIS X 구동하도록 하는 제1 렌즈 모듈(520)의 구체적인 구조 및 제어 기법, 제2 렌즈 모듈(530)과 제3 렌즈 모듈(540)이 서로 결합하여 광학 줌 기능을 구현하기 위한 각 렌즈 배럴의 전후진 이동 구조 및 제어 기법 등은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 모듈 조립형의 폴디드 카메라 모듈(500)은 각 파트별로 모듈화될 수 있고, 각 렌즈 모듈 내에 구비된 렌즈는 렌즈 유닛(120) 내에 위치한 볼 가이드를 따라 개별적으로 이동 제어될 수 있으며, 이들 모듈을 서로 연결함으로써 광학 줌 기능이 구현될 수 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 렌즈 유닛(120)을 구성하는 렌즈 모듈들(520, 530, 540) 중 어느 하나에는 가변 조리개(610)가 구비될 수 있다.
가변 조리개(610)는 렌즈 유닛(120) 내부로 유입되는 빛의 양을 조절하기 위해, 컨트롤러의 제어에 의해 조리개의 직경이 조절될 수 있다. 컨트롤러는 예를 들어 외부 조도를 인식하는 센서(도시되지 않음)에 의해 광량을 측정하고, 이에 상응하도록 조리개의 직경을 조절할 수 있을 것이다.
또한, 컨트롤러는 폴디드 카메라 모듈(500)이 셀피 모드로 동작되어야 하는지 또는 메인 모드로 동작되어야 하는지에 따라 조리개의 직경을 조절하도록 미리 설정될 수도 있다.
이는, 상대적으로 광각으로 동작하는 셀피 모드와 상대적으로 협각으로 동작하는 메인 모드에서는 초점 거리가 다르게 변경되기 때문에, 조리개의 직경이 동일하게 유지되면 초점 거리가 변동된 만큼 조리개 값(F-number)가 변동되며, 컨트롤러는 조리개의 직경을 가변시킴으로서 적절한 조리개 값으로 조절할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러는 셀피 모드에서 화각(Field of View, FOV) 88도 및 조리개값 1.8로 지정된 경우, 조리개 직경이 1.69(=3.047(초점거리)/1.8(조리개값))로 조정되고, 메인 모드에서 화각 38도 및 조리개값 3.0으로 지정된 경우, 조리개 직경이 2.78(=8.327(초점거리)/3.0(조리개값))로 조정되도록 가변 조리개(610)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서는, 이해의 편의를 위해 간략화된 수식을 적용하여 조리개 직경의 조정 개념을 설명하였으나, 조리개 직경의 조정을 위한 수식이나 조정 기법은 이외에도 다양할 수 있다.
가변 조리개(610)는 도 7의 (a)에 예시된 바와 같이, 제1 렌즈 모듈(520)에 구비될 수 있다. 가변 조리개(610)가 제1 렌즈 모듈(520)에 구비됨으로써 배치적 안정성이 확보될 수 있다. 다만, 가변 조리개(610)의 배치 위치가 제1 렌즈 모듈(520)로 제한되지는 않음은 당연하다. 즉, 도 7의 (b)에 예시된 바와 같이, 가변 조리개(610)는 제2 렌즈 모듈(530)에 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 폴디드 카메라 모듈(500)은 휴대형 장치(810, 도 8 참조)에 장착되었을 때, 셀피 모드 및 메인 모드에서 범용적으로 이용될 수 있도록 배치된다.
이를 위해, 휴대형 장치(810)의 전면(즉, 디스플레이가 장착된 측면)과 후면 각각에는 폴디드 카메라 모듈(500)의 내부로 빛을 유입하기 위한 광 입사구가 서로 대응되는 위치에 형성된다. 이는, 프리즘 유닛(210)의 프리즘(110)이 90도 회전됨으로써, 휴대형 장치(810)의 전면 또는 후면 방향에서 촬영 동작을 수행할 수 있도록 하기 위함이다.
도 8에 예시된 바와 같이, 먼지 등의 이물질이 폴디드 카메라 모듈(500)에 유입됨을 방지하기 위해, 휴대형 장치(810)의 전면에 형성된 광 입사구는 전면 커버 글라스(710)에 의해 폐쇄될 수 있고, 휴대형 장치(810)의 전면에 형성된 광 입사구는 후면 커버 글라스(715)에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 휴대형 장치(810)의 전면 방향에서 촬영하는 셀피 모드인 경우 상대적으로 근접하여 위치된 사용자의 모습이 촬영되도록 하기 위해, 그 반대 방향으로 촬영하는 메인 모드에 비해 상대적으로 광각(wide angle)으로 촬영할 필요가 있다.
이를 위해, 휴대형 장치(810)의 전면에 형성된 광 입사구에는 화각을 확대시키기 위한 릴레이 렌즈(Relay lens)(720)가 고정 장착될 수 있다(도 9 참조). 여기서, 릴레이 렌즈(720)는 다수 개(예를 들어 3개)의 렌즈로 구성된 렌즈 그룹으로 형성될 수도 있고, 단일 렌즈의 형태로 구현될 수도 있다. 단일 렌즈로 구현된 릴레이 렌즈(720)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)라고 지칭될 수도 있다.
예를 들어, 셀피 모드에서의 빛 유입 경로가 예시된 도 9를 참조하면, 제3 렌즈 모듈(540)에 구비된 렌즈는 피사체의 핀트를 맞추도록 기능(focusing lens)할 수 있고, 제2 렌즈 모듈(530)에 구비된 렌즈는 피사체의 크기를 바꾸도록 기능(Variator lens)할 수 있고, 제1 렌즈 모듈(520)에 구비된 렌즈는 제2 렌즈 모듈(530)에 구비된 렌즈와 연동하여 핀트의 잘못된 점을 보정하도록 기능(compensator lens)할 수 있다. 또한, 제1 렌즈 모듈(520)에 구비된 가변 조리개(610)는 유입되는 광량을 조절할 수 있고, 프리즘(110)은 광 입사구를 통해 유입되는 빛을 굴절시켜 렌즈 유닛(120)으로 유입시키며, 릴레이 렌즈(720)는 셀피 모드 촬영시 화각을 확대시키도록 기능한다.
구체적으로 셀피 모드에서는, 제2 렌즈 모듈(530)에 구비된 렌즈가 제3 렌즈 모듈(540)에 구비된 렌즈를 향해 이동되고, 제3 렌즈 모듈(540)에 구비된 렌즈는 미세 조정되어 줌 기능이 구현되며, 가변 조리개(610)의 직경이 조절되어 조리개 값이 조정된다. 또한, 프리즘(110)이 휴대형 장치의 전면 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전되고, 릴레이 렌즈(720)에 의해 확대된 화각으로 광각 촬영 모드에 의한 촬영 동작이 수행된다.
이와 달리, 메인 모드에서는 제2 렌즈 모듈(530)에 구비된 렌즈가 제1 렌즈 모듈(520)에 구비된 렌즈를 향해 이동되고, 제3 렌즈 모듈(540)에 구비된 렌즈는 미세 조정되어 줌 기능이 구현되며, 가변 조리개(610)의 직경이 조절되어 조리개 값이 조정된다. 또한, 프리즘(110)이 휴대형 장치의 후면 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전되고, 협각 촬영 모드에 의한 촬영 동작이 수행된다.
이와 같이, 릴레이 렌즈(720)가 휴대형 장치(810)의 전면에 형성된 광 입사구에 구비되고, 렌즈 유닛(120)에 포함된 각각의 렌즈가 서로 상이하게 동작 제어됨으로써, 폴디드 카메라 모듈(500)이 휴대형 장치(810)의 전면 방향과 후면 방향을 각각 촬영하도록 범용적으로 사용될지라도, 폴디드 카메라 모듈(500)은 셀피 모드와 메인 모드 각각에서 적절하게 기능하게 되는 특징이 있다.
그리고, 릴레이 렌즈(720)가 휴대형 장치(810)의 전면에 형성된 광 입사구에 고정 장착되는 경우, 릴레이 렌즈(720)의 보호를 위해 앞쪽에 전면 커버 글라스(710)가 장착될 수도 있으나(도 10의 (a) 참조), 전면 커버 글라스(710)를 대체하는 형태로 릴레이 렌즈(720)에 의해 광 입사구가 폐쇄될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 프리즘 120 : 렌즈 유닛
130 : 이미지 센서 210 : 프리즘 유닛
211 : 프리즘 홀더 213 : 회전 축
214 : 연결 바 215 : 마그네트
216 : 크랭크 가이드 217 : 코일
219 : 프리즘 베이스 310 : 크랭크 유닛
312 : 마그네트 고정부 314 : 크랭크 암
500 : 폴디드 카메라 모듈 520, 530, 540 : 렌즈 모듈
610 : 가변 조리개 710, 715 : 커버 글라스
720 : 릴레이 렌즈 810 : 휴대형 장치

Claims (14)

  1. 빛의 진행 방향을 입사 광축 방향에서 렌즈 광축 방향으로 변경시키는 프리즘 유닛;
    상기 프리즘에 의해 진행 방향이 변경된 빛이 입사되도록 렌즈 광축 방향으로 배치된 렌즈 유닛; 및
    상기 렌즈 유닛에서 출사된 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하되,
    상기 프리즘 유닛은,
    유입되는 빛의 진행 방향을 변경시키는 프리즘;
    상기 프리즘을 고정하는 프리즘 홀더;
    상기 프리즘 홀더에 고정 결합된 회전 축을 개재하여 상기 프리즘 홀더의 바깥쪽을 감싸도록 배치되는 프리즘 베이스; 및
    상기 회전 축을 회전 중심으로 하여 상기 프리즘 홀더를 상기 프리즘 베이스에 대해 상대적으로 회전시키는 크랭크 유닛을 포함하고,
    상기 프리즘은 제1 방향과 상기 제1 방향의 역방향인 제2 방향 중 선택된 어느 하나의 방향에서 유입되는 빛의 진행 방향을 변경하여 상기 렌즈 유닛에 입사시키기 위해, 90도 회전 조작되며,
    상기 크랭크 유닛은,
    크랭크 암을 포함하는 크랭크 축 형상으로 형성된 상기 회전 축;
    마그네트를 고정하는 마그네트 고정부;
    상기 마그네트 고정부와 상기 회전 축의 상기 크랭크 암을 연결하는 연결 바; 및
    상기 마그네트 고정부가 슬라이딩 이동 가능하도록 체결되어, 상기 마그네트 고정부의 이동 경로를 제공하는 크랭크 가이드를 포함하되,
    상기 마그네트에 대향하도록 코일이 상기 프리즘 베이스의 내측면에 고정되고,
    전류가 흐르는 상기 코일과 상기 마그네트의 전자기적 상호 작용에 의해 상기 마그네트 고정부는 상기 코일에 접근하거나 멀어지도록 직선 이동되며,
    상기 마그네트 고정부의 직선 이동에 상응하도록 상기 연결 바에 의해 연결된 상기 크랭크 암이 구비된 상기 회전 축이 상응하는 방향으로 회전되어, 상기 회전 축에 결합된 상기 프리즘 홀더가 회전되고,
    상기 크랭크 유닛이 상기 프리즘이 고정된 상기 프리즘 홀더를 90도 회전 조작시키기 위해, 상기 마그네트 고정부가 이동되어야 하는 직선 이동 길이를 가지는 이동 경로가 상기 크랭크 가이드에 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는 N극과 S극인 2개의 극성 중 어느 하나만이 외부로 노출되는 자세로 상기 마그네트 고정부에 고정되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결 바는 상기 마그네트 고정부 및 상기 크랭크 암 각각과 힌지 결합되되,
    상기 연결 바는 상기 회전 축의 회전 중심에 대해 편심된 위치에서 상기 크랭크 암에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크 가이드는 상기 프리즘 베이스의 내측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전 축 및 상기 프리즘 베이스에는 상기 프리즘 홀더의 회전 각도를 90도로 한정하기 위해 서로 대응되는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일에 흐르는 전류의 방향을 가변시키는 조작에 의해, 상기 프리즘은 제1 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전되거나 제2 방향에서 빛을 유입받는 자세로 회전되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 유닛은 각각 독립적으로 제작된 다수 개의 렌즈 모듈이 상기 렌즈 광축 방향으로 서로 체결되어 형성되고,
    가장 앞쪽에 위치한 렌즈 모듈이 상기 프리즘 유닛과 결합되고, 가장 뒤쪽에 위치한 렌즈 모듈이 이미지 센서와 결합되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈 유닛을 구성하는 다수 개의 렌즈 모듈 중 어느 하나에 광량을 조절하는 가변 조리개가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변 조리개는 상기 프리즘의 회전에 따른 상기 제1 방향의 촬영과 상기 제2 방향의 촬영시에 각각 상이한 조리개 직경을 가지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 폴디드 카메라 모듈이 장착된 휴대형 장치의 몸체의 전면과 후면 각각에는 90도 회전 조작되는 프리즘의 위치에 대응하도록 광 입사구가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 폴디드 카메라 모듈을 이용하여 상기 휴대형 장치의 전면 방향 및 후면 방향에 대한 촬영시 화각이 서로 상이하게 적용되도록 하기 위해, 상기 전면의 광 입사구에는 릴레이 렌즈가 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전면의 광 입사구에서 상기 릴레이 렌즈는 전면 커버 글라스를 대체하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 회전형 프리즘을 구비한 폴디드 카메라 모듈.
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